柔性烟雾发生器

                           技术领域

本发明涉及烟雾发生器领域。更具体的是，本发明涉及柔性的烟火烟 雾发生器。

                           背景技术

在本发明应用的一个领域中，尽管本发明可以应用于其它领域，对于 烟雾发生器来说，需要可以插入一捆货币中而不会轻易看出该捆货币中包 含有烟雾发生器。当今该技术的一项主要应用是在阻挠银行被抢劫和其它 财政机构和货币运输装置被抢劫的领域中。过去，货币包装的中心被切开， 并且包括多个刚性丸剂形式或为含有烟雾成分的塑料袋形式的烟雾发生器 的安全染料包装安装在货币包装中。例如，授予Caparoni等人的美国专利 5,059,949和授予Keniston的美国专利5,196,828和5,485,143描述了现有的 货币警报包装系统。

在货币警报包装领域非常理想的是提供一种具有烟雾发生器和相应的 电路的包装，该包装组装组装而感觉象就正常的、不报警的货币包装，使 得贼不能察觉到它是报警的货币包装。因此，重要的是，烟雾发生器具有 接近于相同厚度的一捆货币的侧向和扭转柔性。

                          发明内容

本发明包括一种烟雾发生装置，该装置包括弹性体层，如硅树脂层， 其具有遍布于弹性体或硅树脂层并在激发时适于产生烟雾的烟雾成分颗 粒，其中含有烟雾成分颗粒的弹性体或硅树脂层是柔性的。

烟雾成分颗粒可包括：燃料、氧化剂，以及一种化合物，该化合物具 有在燃料和氧化剂之间的氧化反应初始时所产生的温度下具有不透明的升 华产物。在一个实施例中，含在烟雾发生器中的烟雾成分颗粒包含红色染 料。在其他用途中，可以使用任何适宜颜色的染料或没有染料。在另一实 施例中，特别是用于防贼目的时，烟雾发生器还可以包括催泪性毒气成分。 在一个实施例中，烟雾成分颗粒的粒径足够小以通过18目的筛网，但又足 够大而不能通过40目的筛网。

烟雾发生器还可以包括与其相邻的柔性电路，该电路包括用于接收触 发信号的天线、诸如一个或多个电池的电源，以及电触发的引燃源。

烟雾发生器还可以在其外表面上包括一薄膜，以增强烟雾发生器相对 于货币的强度、柔性和可滑动性，并且当使用时还提供对弹性体层内的红 色染料和催泪性毒气成分的附加密封层。弹性体层可以提供有加强纤维， 如玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维(如Wilmington，Delaware的 E.I.duPont de Nemours and Company生产的Kevlar)，以增加其强度。

                       附图说明

为了说明本发明，以附图形式示出了优选实施例；然而，可以理解， 本发明不局限于所示的确切配置和手段。

图1是本发明烟雾发生器的透视图；

图1A是具有覆盖薄膜的本发明的烟雾发生器实施例一部分的局部剖 开的透视图；

图1B是具有加强纤维的本发明的烟雾发生器实施例的一部分的透视 图；

图2是邻近以虚线示出的引燃控制电路部件安装的本发明烟雾发生器 一部分的侧视图；

图3是含有本发明的烟雾发生器和引燃控制电路部件实施例的货币包 装的侧视图，其中烟雾发生器以局部纵剖视图示出。

                        具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示出了烟雾发 生器10，其由弹性体构成，优选地由硅树脂构成，形成了遍布有烟雾成分 颗粒的层片。弹性体可以为各种类型的能够提供所需程度的柔性和弹性的 弹性体中的任一种，优选地具有充分的柔性和弹性以提供全面的侧向和扭 转柔性。弹性体优选地在高于烟雾成分被触发的温度之上是稳定的，以避 免从产生烟雾的反应中吸收热量，其可能是升华过程。例如，可以使用硅 树脂材料，特别是柔性硅弹性体树脂，如两部分、室温、硫化的硅树脂橡 胶化合物。然而，任何类型的硅树脂或弹性体都可以利用。

一个实施例可以是利用RTV615硅树脂，其从General Electric Company 商业可得，其具有有用的温度范围为60℃至204℃。RTV615硅树脂为两 部分硅树脂一一部分为树脂，另一部分为催化剂。两部分的混合物产生了 在无湿度时固化的无味固化的硅树脂。另一可接受的硅树脂是SilasticS， 其由Michigan的Dow Corning Corporation of Midland生产。应理解的是， 就说明书涉及的使用特定品牌或等级的硅树脂橡胶化合物的特定实施例而 言，其它各种弹性体也可以用于实施本发明，包括在各种替换实施例中。 优选的弹性体在产生烟雾的反应过程中保持稳定。

烟雾成分颗粒可以由各种公知的用于工业上该目的的活性化学制品生 产。在此使用的术语“活性化学制品”涵盖了任何可以用在在此所述类型 的应用场合中的非惰性化学制品，包括那些用于从升华过程中产生烟雾的 化学制品、各色染料和/或催泪性毒气发生成分。一种示例性的烟雾成分可 以在重量上包括：近似于49.25％±5％的红色染料、28.25％±5％的氯酸钾、 21.75％±5％的糖，如制糖果的糖、以及0.75％±0.75％的惰性粘结剂，如硬脂 酸镁。应该注意的是，定义中制糖果的糖含有玉米淀粉，并因此在此所用 的配方中除了精制的磨成粉状的糖之外还含有玉米淀粉。粘结剂是可选的。 例如，一个实施例可以包括近似于51.5％的红色染料、27.5％的氯酸钾、21.0％ 的糖以及0.0％的粘结剂。优选的红色染料为分散红9，也公知为1-(甲氨 基)-9，10-蒽二酮(MAA)，或1-甲氨基-9，10-蒽二酮。其它可转化为蒸汽状态 而不分解的充分挥发性染料也是合适的。挥发性染料通常具有较低的分子 量。

在上述混合物中，氯酸钾为氧化剂，糖为燃料，红色染料是产生烟雾 的化合物，该化合物在暴露于由糖和氯酸钾之间氧化反应所产生的热量之 中时升华而产生不透明蒸汽。然而，本发明不局限于任何具体的成分，并 可包括燃料、氧化剂和产生烟雾的化合物的任意成分。尽管由于氯酸钾的 低分解温度足够高以保持稳定同时足够低以防止染料分解，使得氯酸钾是 理想的氧化剂，但是其它相对于相应的染料具有同样特性的氧化剂也可使 用。其它燃料也可以使用，包括但不限于硫、乳糖、蔗糖等等。“烟雾”可 以为升华产品或可包括当烟雾发生器触发时可见而足以吸引注意力的浮在 空气中的颗粒、蒸汽或气体的任意组合。

燃料与氧化剂之比可以按照达到触发烟雾发生化合物所需的理想温度 的要求来变化。然而，需要燃料和氧化剂之间的平衡，以避免可能产生不 充分多烟反应的富燃料混合物，或者可能产生具有可和染料发生作用的过 度氧气的反应的富氧化剂混合物。活性化学制品的最佳混合物在被触发时 产生足够的热量以蒸发燃料而无化学变化或对其分解，并产生足够多的气 体以分散染料蒸汽。太多热量的生成可能产生烟雾不足或引起烟雾发生装 置燃烧。活性化学制品的混和也可定制以具有热量发生特性，该特性与要 分布有烟雾成分颗粒的弹性体的特性匹配。

烟雾成分组分可以干燥混和或混合并压成如丸形，这样适于碾磨或粒 化。在一实施例中，由碾磨或粒化步骤得到的磨碎的烟雾成分颗粒具有的 粒径足够小以通过18目的筛网，但又足够大而不能通过40目的筛网。该 范围之外的颗粒尺寸也可利用，只要颗粒经由在触发时不会被弹性体阻碍 的固态化学反应(如升华过程)产生烟雾即可。通常，较大的颗粒产生的 热量多于较小的颗粒，并因此颗粒尺寸是维持从一个烟雾颗粒通过弹性体 向下一个烟雾颗粒传播反应的因素。已经发现上述粒径范围产生理想的烟 雾输出率为：对于0.1英寸厚烟雾发生器，每平方英寸需大约5至大约10 秒钟的烟雾的等级。这种烟雾输出的速率和持续时间可以通过改变烟雾产 生颗粒的颗粒大小和成分、烟雾微粒与弹性体的比率，以及/或者用于触发 氧化作用的热输入量而改变。

在生产本发明的烟雾发生器时，硅橡胶化合物的两部分混合而生成粘 性在例如大约4,000至12,800厘泊范围内的液体。这就允许烟雾成分颗粒 与弹性体可控制地混合以及随后混合物模塑或挤压。理想的是，使粘性足 够高以至于烟雾颗粒不会下沉到底部，然而又足够低以易于加工。例如， 通过将烟雾成分颗粒用手混合进RTV615弹性体液体中制备一实施例，形成 了大约4,000厘泊的粘度，而用SilasticS制备的实施例形成了大约12,800 的粘度。然而，可以理解，弹性体液体固化之前的粘度在该示例性范围之 外变化。特别是，通过机械化混合并进行了挤压，粘度值可以显著大于上 述粘度。甚至用手混合时，粘度也有显著变化。

烟雾成分颗粒，特别是大小在如上所述的18目和40目筛网之间的颗 粒可以与硅树脂或其它弹性体以每克硅树脂约2.4至约4.0克烟雾成分颗粒 的比率混合。含有颗粒的弹性体可随后被模塑或挤压成任何所需形状，然 而允许固化。对于与货币安全包装一起使用时，含有烟雾成分颗粒的弹性 体优选模塑或挤压入大约0.25英寸厚或更薄的薄层中，优选大约0.125英 寸厚。当用在货币安全染料包装中时，模塑或挤压的硅树脂的宽度和高度 等于或小于它将要与之相关使用的货币长度和宽度。在和近似于63/16英 寸长且25/8英寸宽的美国纸币一起使用的一个实施例中，例如，烟雾发生 器可约为3.9英寸长、约1.9英寸宽。类似于在授予Caparoni等人的美国专 利5,059,949中示出并在此引用作为参考的定位接片可以用在相关的引燃控 制电路中。

参照图1A，其示出了本发明的一可选实施例，其中烟雾发生器12构 造成具有类似于参照图1所述的芯部14，具有覆盖其外表面的薄膜或涂层 16。薄膜、涂层或覆盖物16可以为聚亚胺酯，诸如从3M公司购得的商标 为TEGADERM，或其它能够为烟雾发生器12提供附加强度以及附加密封 性能的合适材料。附加强度能够实现弯折到较大程度，而不会有弹性体或 硅树脂层碎裂的风险。TEGADERM薄膜提供了强度和记忆性，增强了弹 性体层恢复至其原始形状的能力。薄膜或涂层16可以进一步具有高润滑性 或低摩擦性，特别是在用作货币安全包装中的烟雾发生器时，从而烟雾发 生器可以在货币包装弯折时容易地抵靠相邻的货币滑动。

图1A中还示出了烟雾发生器14芯部中的空间18，如用于容纳丸剂或 弹丸。在一实施例中，构成催泪性毒气的弹丸或丸剂可以放入空腔或空间 18中。另一种方案是，催泪性毒气成分可以与弹性体或硅树脂混合作为烟 雾成分材料的一部分。在图1A所示的实施例中，薄膜或涂层16可以提供 附加的密封以防止催泪性毒气从材料中泄漏。

参照图1B，示出了一可替换的实施例，其中烟雾发生器20包括有烟 雾成分颗粒24沿加强纤维26散布在其中的弹性体22。加强纤维可以为任 何适当类型的加强纤维，诸如玻璃纤维，如那些从Owns-Corning Corporation 购得的商标为FIBERGLAS的纤维，或碳纤维。

参照图2，示出了烟雾发生器30的侧视图并且局部剖开以示出其中的 颗粒32。柔性引燃控制线路34以虚线示出。柔性引燃控制线路可以布线于 柔性基底上，如由DuPont生产的MULAR聚酯膜，且其上有合适的成分。 这些成分中的一种可以为电触发的引燃源，如被称作“电火柴”的装置。 然而，任何具有足够热输出以触发烟雾发生器的引燃源都可以使用。引燃 源与烟雾发生器30连接或接触，以响应电信号而促发颗粒32的烟雾发生 过程。电触发的引燃源可以利用高温带而保持与烟雾发生器的接触。柔性 引燃控制电路上的其它部件可以包括：用于接收触发信号的天线(未示出)、 以及磁性簧片开关(未示出)，以及电源(未示出)，如通常用在这些用途中的 一块或多块电池。美国专利5,485,143的背景技术部分描述了磁性簧片开关 或天线可以用在本申请中的方式。在此被称作“引燃”指的是引起烟雾发 生的反应的触发或初始化，如引起红色染料升华的亚氯酸钾和燃料氧化反 应的触发。

参照图3，示出了位于已经弯折成“S”形的货币包装36中的烟雾发生 器30和相关柔性引燃控制部件34。烟雾发生器30的柔性允许货币包装36 弯折，允许货币包装呈现与内部不含安全警报包装的货币包装类似的触感。

上述本发明的烟雾发生器许多大量理想的品质。其通常是极柔韧的， 具有侧向柔性和扭转柔性。在此所用的术语“柔韧的”指的是其普通含义： “能够在不破碎的情况下弯曲；不具有硬度或刚性；易于弯曲；可弯挠。” 《韦氏新世界学院辞典》(Websters New World College Dictionary)，1997年， 第三版。特别是，理想的柔性是与其中插有烟雾发生器的纸币的相应厚度 所比较的柔性，从而烟雾发生器模拟了纸币的触感和弯曲特性，使得其存 在不易于被贼察觉到。弹性体或硅树脂提供了增强其柔性的一定程度的弹 性。本发明的烟雾发生器可以成形为任何形状，特别是成形为一薄层，这 利于用在货币安全包装中。此厚度可允许其用在货币的包装中，而无需切 开货币包装的中部。由于其中包括任何染料的烟雾成分埋置在弹性体中， 染料和其它活性化学制品不会暴露于使用者，由此使得红色染料或其它活 性化学制品遍布于工作区的可能性最小。本发明的烟雾发生器可以独立于 引燃源制造，并还可独立于电引燃源运送，使得运送安全，且不需要调节。

在不脱离本发明思想或必要特性的情况下，本发明还可以体现在其它 特殊形式中，因此应该参照所附权利要求书，而不是参照前述说明来指示 本发明的范围。

本申请要求2001年6月28日提交的美国专利申请09/605,701的优先 权，且后者合并于此作为参考。